(57)【要約】【課題】  発電セルの破壊を防止する。【解決手段】  燃料電池１０は、発電セル１２を金属基板１３に載置したセル板１１と、セル板１１に対向配置されるセパレータ板１５と、セル板１１とセパレータ板１５とを間隔を保った状態で互いに固定するマニホールド部１７と、を備える。セパレータ板１５の外周部が段差形状であり、セパレータ板１５の外周部と金属基板１３の外周部とが接合されている。この構造により、セパレータ板１５と発電セル１２との熱膨張差はこれらの間の金属基板１３により緩和される。このとき、金属基板１３に接合されて外周部の自由膨張が規制されるセパレータ板１５が変形（平面部の撓み変形、および、段差形状の変形）する。ここで、セパレータ板１５の段差形状の傾斜角が９０°を含まずに鈍角か鋭角である。そのため、セパレータ板１５の段差形状が変形しやすく発電セル１２に熱応力がより加わり難い構造となる。【選択図】図２
2005353421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質と正極物質と負極物質とを積層した発電セルを、金属基板に載置したセル板と、
前記セル板に対向配置されることで前記セル板との間の空間にガス流路を形成するセパレータ板と、
前記セル板と前記セパレータ板との間隔を保った状態で前記セル板と前記セパレータ板の中央部同士とを互いに固定する固定部と、
を備え、
前記セパレータ板の外周部と前記金属基板の外周部とは全周または一部が接合されている構造であり、
前記セパレータ板の外周部はその全周または一部が、内周側の平面部から前記セル板に向けて突設された筒状部と、この筒状部の先端から径方向に突設され且つ前記セル板に接合される接合部と、を有する段差形状であり、
前記セパレータ板の段差形状の傾斜角は、９０°を含まずに鈍角または鋭角であることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記金属基板の外周部はその全周または一部が、内周側の平面部から前記セパレータ板に向けて突設された筒状部と、この筒状部の先端から径方向に突設され且つ前記セパレータ板に接合される接合部と、を有する段差形状であることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池であって、
前記金属基板と前記セパレータ板とはその外周全周が気密接合されて前記ガス流路が密閉されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池であって、
前記セパレータ板は前記金属基板よりも肉薄であることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の燃料電池であって、
前記金属基板に載置される前記発電セルが複数に分割されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の燃料電池であって、
前記セパレータ板の外周部の段差形状はプレス加工により成形されることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の燃料電池であって、
前記金属基板と前記セパレータ板との外周部は溶接により接合されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の燃料電池であって、
前記セル板と前記セパレータ板と前記固定部とを備えたユニットを、複数多段に積層したことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池であって、
前記ユニットの固定部同士の接合面には絶縁部材が介在していることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の燃料電池であって、
前記固定部には、積層方向に沿って貫通形成され且つ反応ガスを供給するための貫通通路を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池であって、
前記セパレータ板の段差形状の傾斜角を、前記ユニットの積層位置によって変化させてあることを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料電池であって、
積層方向中間層のユニットでは、前記セパレータ板の段差形状の傾斜角が９０°に近い鈍角または鋭角であり、
積層方向両側のユニットでは、前記セパレータ板の段差形状の傾斜角が前記中間層のユニットの傾斜角より９０°との差角が大きいことを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
請求項１１に記載の燃料電池であって、
前記ユニットの積層方向一端側から前記貫通通路を通じて燃料ガスを供給する構造であり、
積層方向中間層のユニットでは、前記セパレータ板の段差形状の傾斜角が９０°に近い鈍角であり、
積層方向他端側のユニットでは、前記セパレータ板の段差形状の傾斜角が前記中間層のユニットの傾斜角より９０°との差角が大きく、
積層方向一端側のユニットでは、前記セパレータ板の段差形状の傾斜角が鋭角であることを特徴とする燃料電池。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れか１項に記載の燃料電池であって、
車両の駆動源に用いられることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体電解質型の発電セルを備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料電池には、特許文献１に開示されるように、固体電解質型の発電セルとセパレータ板とを空間をあけて交互に積層配置して、発電セルの一方の面に燃料ガスを供給し且つ発電セルの他方の面に酸化ガスを供給して、発電セルで発電するものである。
【０００３】
この特許文献１の燃料電池では、発電セルおよびセパレータ板はそれぞれ環状に形成され、その中央部にはこれらを積層方向に貫通する通路部材が設けられる。発電セルの一方の面側の空間には通路部材を通じて燃料ガスが導入される一方、発電セルの他方の面側の空間には発電セルの外周側から酸化ガスが供給される。これにより、発電セルで発電される。また、発電セルの一方の面はその外周部がセパレータ板と接合されて密閉され、未燃焼の燃料ガスが回収できるようになっている。
【特許文献１】特開２００２−１５１１０６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、固体電解質型の発電セルは作動温度が極高温（一例としては１０００°程度）であり、耐熱性を考慮して一般にセラミックスで形成される。そのため、発電セルとセパレータ板との間の熱膨張量の差により、発電セルに反りや歪みなどの応力が加わり、発電セルが割れてしまう可能性がある。
【０００５】
特に前記従来技術の構造ではセパレータ板が発電セルに直接接合されている構造であるため、応力が発電セルに直接加わってしまい、熱応力による発電セルの破損が懸念される。
【０００６】
この発明は、熱応力による発電セルの破損防止を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、この発明の燃料電池は、固体電解質と正極物質と負極物質とを積層した発電セルを金属基板に載置したセル板と、前記セル板に対向配置されることで前記セル板との間の空間にガス流路を形成するセパレータ板と、前記セル板と前記セパレータ板との間隔を保った状態で前記セル板と前記セパレータ板とを互いに固定する固定部と、を備え、
前記セパレータ板の外周部と前記金属基板の外周部とは全周または一部が接合されている構造であり、
前記セパレータ板の外周部はその全周または一部が、内周側の平面部から前記金属基板に向けて突設された筒状部と、この筒状部の先端から径方向に突設され且つ前記金属基板に接合される接合部と、を有する段差形状であり、
前記セパレータ板の段差形状の傾斜角（平面部に対する筒状部の角度を意味する）は、９０°を含まずに鈍角か鋭角であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、発電セルを支持した円盤状の金属基板と、鍋蓋形状のセパレータ板と、の外周部を互いに接合した構造であるので、セパレータ板と発電セルとの熱膨張差は間に介在する金属基板により緩和される。また、金属基板に接合されて外周部の自由膨張が規制されるセパレータ板自身が変形（平面部の撓み変形、および、段差形状の変形）することで、さらに発電セルに熱応力が加わり難い構造となる。
【０００９】
ここで、セパレータ板の段差形状の傾斜角が９０°であると、セパレータ板の熱膨張の際に段差形状が変形しにくく金属基板を反り返らす力が強くなる傾向にあるが、この発明によれば前記傾斜角が９０°を含まずに鈍角か鋭角であるため、セパレータ板の段差形状が変形しやすく、発電セルにより熱応力が加わり難い構造となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
「第１実施形態」
図１〜図３はこの発明の第１実施形態にかかる燃料電池を示す図である。この第１実施形態の燃料電池は、車両用駆動源に適用されたものであり、図１に示すようにそれ自体で燃料電池として機能するユニット１０を複数（ここでは３０層〜１００層程度）積層してなる燃料電池スタック１として具現化されている。
【００１２】
ユニット
まず、各ユニット１０について説明する。各ユニット１０は、図２および図３に示すように、金属基板１３に発電セル１２を支持してなるセル板１１と、セル板１１に対向配置されることでセル板１１との間の空間にガス流路１４（この例では燃料ガスのガス流路）を形成する金属製のセパレータ板１５と、を備えている。
【００１３】
セル板１１とセパレータ板１５とは、互いに間隔を保った状態でその中央部同士が「固定部」としてのマニホールド部１７（金属円板１８、１９、２０、２１）により固定されている。またセル板１１とセパレータ板１５とは、その外周部の全周が溶接Ｍにより直接接合されて、ガス流路１４が密閉されている。
【００１４】
発電セル１２は、図示せぬ固体電解質と正極物質と負極物質とを積層したものであり、この例では環状に形成されている。
【００１５】
金属基板１３は、発電セル１２の外周側を支持する環状の第１の金属基板１３ａと、発電セル１２の内周側を支持する環状の第２の金属基板１３ｂと、に分割形成されている。
【００１６】
セパレータ板１５は、セル板１１とほぼ同径の環状に形成されており、その外周部の全周がプレス加工により段差形状に成形されている。この外周部の段差形状は、内周側の平面部１５ａからセル板１１に向けて突設された筒状部１５ｂと、この筒状部１５ｂの先端から径方向（この例では径方向外方）に突設され且つセル板１１に直接接合される接合部１５ｃと、を有する段差形状（この例では略クランク形状）である。
【００１７】
発電セル１２および金属基板１３およびセパレータ板１５の板厚は、発電セル１２の板厚が１００μｍ程度であり、金属基板１３の板厚が５００μｍ〜１００μｍであり、セパレータ板１５の板厚が３００μｍ〜１０μｍである。なお、発電セル１２は、電解質支持型セルの場合は板厚が１００μｍ程度であるが、電極支持型セルの場合は少なくとも５００μｍ以下に設定される。
【００１８】
図３の分解斜視図に示すように各金属円板１８〜２１および金属基板１３およびセパレータ板１５には、その中心に大径の貫通孔Ｈ１が形成されており、この貫通孔Ｈ１の外周側に小径の貫通孔Ｈ２が円周方向に等間隔に形成されている。これにより図２に示すように、マニホールド部１７には貫通孔Ｈ１に対応して上下方向（積層方向）に貫通するガス供給用の貫通通路２２が形成され、また貫通孔Ｈ２に対応して上下方向（積層方向）にガス排出用の貫通通路２４が形成される。ガス供給用の貫通通路２２は、径方向に延びる連通路２３を通じてガス流路１４に連通しており、またガス排出用の貫通通路２４は、径方向に延びる連通路２５を通じてガス流路１４に連通している。
【００１９】
例えば、このユニット１０のガス流路１４内にガスを流通させる際には、図２に示すように貫通通路２２→連通路２３→ガス流路１４→連通路２５→貫通通路２４の順でガスを流通できるようになっている。
【００２０】
燃料電池スタック
燃料電池スタック１の組立は（図１参照）、ユニット１０を複数多段に積層して積層体とし、この積層体に積層方向両端から押圧手段（フランジ３１および３２、ボルト３３、ナット３４、ワッシャ３５）により圧力を加えることで、行われる。このとき、各ユニット１０間には絶縁部材２６および集電体２７を介在しており、絶縁部材２６は各ユニット１０のマニホールド部１７同士の間に介在し、集電体２７は各ユニット１０同士の間の空間２９に発電セル１２に当接するように介在している。
【００２１】
この燃料電池スタック１では、燃料ガスおよび酸化ガスの供給は次にように行われる。
【００２２】
まず、燃料ガスは、図１に示すように積層方向一端（図１中上端）からガス供給用の貫通通路２２に供給されたのち、この貫通通路２２から連通路２３を通じて各ユニット１０のガス流路１４に供給されて、各発電セル１２の発電に利用される。その後、燃料ガスは、連通路２５を通じてガス排出用の貫通通路２４に合流して、この貫通通路２４を通じて積層方向他端（図１中下端）から排出されるようになっている。
【００２３】
一方、酸化ガスは、図１に示すように外周側から各ユニット１０同士の間の空間２９に供給されて、各発電セル１２の発電に利用されるようになっている。
【００２４】
熱応力に対する耐久性
ここで、一般に固体電解質型発電セルを用いた燃料電池スタックは、運転状態と停止状態とでは大きな温度差（例えば１０００°程度）があり、起動時には急速加熱され且つ停止時には急速冷却されることとなる。このため、発電セル１２の保護の観点から、発電セル１２に大きな熱応力が加わり難い構造としておくことが好ましい。
【００２５】
この実施形態では、発電セル１２に熱応力が加わり難い構造とするため、発電セル１２の周辺の部材（金属基板１３、セパレータ板１５）には、所定温度における熱膨張係数が同一または近似の材質が用いられている。なお、所定温度において発電セル１２とセパレータ板１５と熱膨張係数を同一に設定しても、セラミックス製の発電セル１２と金属製のセパレータ板１５との熱膨張係数を作動温度全域においては完全に一致させることは難しく、作動温度全域を考慮すると、発電セルとセパレータ板との間には若干の熱膨張差が生じる。
【００２６】
また、この実施形態では、発電セル１２に反りや歪みなどの熱応力が加わり難い構造とするため、金属基板１３よりもセパレータ板１５の板厚を薄くして、金属基板１３が撓みに難く且つセパレータ板１５が撓み易いようにしてある。これにより、金属基板１３に載置される発電セル１２には反りや歪みによる応力が加わりに難く、セパレータ板１５の変形によって吸収できるようになっている。
【００２７】
また、この実施形態では、発電セル１２に熱応力が加わり難い構造とするため、以下のような工夫も為されている。具体的には、セパレータ板１５の段差形状の傾斜角Ｒに工夫が施されている。
【００２８】
まず第１に、図１および図２に示すように、セパレータ板１５の段差形状の傾斜角Ｒ（平面部１５ａに対する筒状部１５ｂの傾斜角Ｒを意味する）が、９０°を除いた鈍角または鋭角で形成されている。このように構成した理由は、セパレータ板１５の段差形状の傾斜角Ｒが９０°であると、熱膨張の際にセパレータ板１５の段差形状が変形できずに金属基板１３を歪ませる力が強くなる傾向にあるが、傾斜角が９０°を含まずに鈍角か鋭角であるとセパレータ板１５の段差形状が変形しやすく力を逃がし易いからである。なお、段差形状の傾斜角Ｒが鈍角である場合は９０°＜Ｒ≦１５０°の範囲が好ましい。これは傾斜角Ｒが１５０°以上であるとスペース効率が落ちるからである。さらに好ましくは９４°≦Ｒ≦１５０°であることが好ましい。この場合は９０°＜Ｒ＜９４°の場合に比べて段差形状が曲げ変形しやすいからである。
【００２９】
第２に、熱応力に対する耐久性をさらに高めるため、図１に示すように段差形状の傾斜角Ｒが積層位置によって異なるように設定されている。このように、積層位置における温度変動特性に応じてセパレータ板１５の段差形状を適切に選択することで、熱応力に対してより耐久性の高い燃料電池スタック１を実現できる。
【００３０】
通常、傾斜角Ｒが９０°との差角が大きいほど応力吸収性能に優れる一方でセパレータ板１５の平面強度が劣り、傾斜角Ｒが９０°との差角が小さいほど応力吸収性能が劣る一方でセパレータ板１５の平面度が向上する。
【００３１】
そこでこの第１実施形態にあっては、通風する酸化ガスの影響が大きく温度変動が大きい積層方向両側の上層Ａおよび下層Ｃでは、９０°との差角が大きい傾斜角Ｒ２（鈍角）とし、酸化ガスの影響が小さく温度変動が小さい中間層Ｂでは、９０°に近い傾斜角Ｒ１（鈍角）としてある。このような構成にすることで、温度変動が多い上層Ａおよび下層Ｃでは応力吸収性能を重視し、温度変動が少ない中間層Ｂでは平面強度を重視でき、応力吸収性と積層安定性を両立できる。
【００３２】
なお、燃料ガス上流側（この例では上層Ａ）は燃料ガスの濃度が高いため、下流側（この例では中間層Ｂおよび下層Ｃ）よりも燃料ガス供給量の変動に温度が大きく左右される。この発明では、これ対応させてセパレータ板１５の段差形状の傾斜角Ｒをさらに設定してもよい。
【００３３】
効果
この第１実施形態によれば、以下のような効果がある。
【００３４】
（１）この第１実施形態によれば、セパレータ板１５の外周部はその全周または一部が段差形状であり、セパレータ板１５の段差形状の傾斜角Ｒ（Ｒ１，Ｒ２）は９０°を含まずに鈍角または鋭角であることを特徴とする。そのため、段差形状の傾斜角Ｒが９０°である場合に比べて段差形状が変形しやすく、発電セル１２に加わる熱応力をより吸収しやすくなる。
【００３５】
（２）この第１実施形態によれば、金属基板１３とセパレータ板１５とはその外周全周が気密接合されてガス流路１４が密閉されていることを特徴とする。そのため、反応ガスとしての燃料ガスと酸化ガスとを分離して回収ができる。これにより、両ガスを循環させて再利用でき、発電効率を向上できる。
【００３６】
特にこの構造では、セル板１１とセパレータ板１５との外周を部分的に接合した構造に比べて発電セル１２に応力がかかり易い構造となるため、上記（１）がさらに効果的に作用する。
【００３７】
（３）この第１実施形態によれば、セパレータ板１５は金属基板１３よりも肉薄であることを特徴とする。そのため、セパレータ板１５の平面部１５ａが撓み易い構造となる。これにより、金属基板１３の外周部に応力が加わり難くなり、これに従って発電セル１２への歪み応力がさらに加わりに難い構造となる。また、セパレータ板１５が薄いと燃料電池スタック１の積層密度を向上できる利点もある。
【００３８】
（４）この第１実施形態によれば、セパレータ板１５の外周部の段差形状はプレス加工により成形されることを特徴とする。そのため、簡易に低コストで段差形状（クランク形状）を成形できる。
【００３９】
（５）この第１実施形態によれば、金属基板１３とセパレータ板１５との外周部は溶接Ｍにより接合されていることを特徴とする。金属基板１３とセパレータ板１５との接合は、溶接やろう付けや超音波接合やその他の接合方法を採用できるが、溶接による接合であると加工が簡易にできる利点がある。また、溶接による接合であると、溶接金属Ｍ（＝溶加材から母材に溶着した金属を意味する）が梁として機能することとなるため金属基板１３の平面剛性が高くなり、さらに発電セルが割れにくくなる。
【００４０】
なお、溶接は公知のレーザー溶接、抵抗加熱溶接、アーク溶接などを使用することができる。
【００４１】
（６）この第１実施形態によれば、セル板１１とセパレータ板１５と固定部１７とを備えたユニット１０を、複数多段に積層したことを特徴とする。そのため、積層数により発電容量を自由に設定できる。
【００４２】
（７）この第１実施形態によれば、ユニット１０の固定部１７同士の接合面には絶縁部材２６が介在していることを特徴とする。そのため、ユニット１０の間に絶縁部材２６を挟み込むだけで各ユニット１０間の絶縁が取れるため、組立が容易である。
【００４３】
（８）この第１実施形態によれば、固定部１７には積層方向に沿って貫通形成され且つ反応ガスを供給するための貫通通路２２と、貫通通路２２とガス流路１４とを連通する連通路２３と、を備えることを特徴とする。そのため、別途、反応ガスを供給するための配管を付加する必要がなく、簡素な構造となる。
【００４４】
（９）この第１実施形態によれば、セパレータ板１５の段差形状の傾斜角Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，…）をユニット１０の積層位置によって変化させてあることを特徴とする。積層位置における温度変動特性に応じてセパレータ板１５の形状を適切に選択することで、熱応力に対してより耐久性の高い燃料電池スタック１を実現できる。
【００４５】
また、これを利用して応力吸収性と積層安定性とを両立できる利点もある。
【００４６】
（１０）この第１実施形態によれば、積層方向中間層Ｂのユニット１０は、段差形状の傾斜角Ｒ１が９０°に近い鈍角または鋭角であり、積層方向両側（上層Ａおよび下層Ｃ）のユニットは、段差形状の傾斜角Ｒ２が中間層Ｂの傾斜角より９０°との差角が大きい鈍角または鋭角であることを特徴とする。そのため、通風する酸化ガスの影響が大きく温度変動が大きい上層Ａおよび下層Ｃでは応力吸収性能を重視し、通風する酸化ガスの影響が小さく温度変動が少ない中間層Ｂではユニット１０の平面強度を重視でき、応力吸収性と積層安定性を両立できる。
【００４７】
（１１）この第１実施形態によれば、燃料電池スタック１は車両の駆動源に用いられることを特徴とする。この種の燃料電池スタック１は、起動・停止が頻繁に行われ且つ運転負荷も道路状況などの外的環境に対応して激しく変化するため、発熱量が常に激しく変化する。そのため、このような熱応力に対する高い耐久性が求められる構造において、上記（１）〜（１０）が効果的に機能する。
【００４８】
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下の説明で第１実施形態と同一または類似の構造については同一符号を付して、構造およびその作用効果の説明を省略する。
【００４９】
「第２実施形態」
図４はこの発明の第２実施形態のユニットを示す断面図である。この第２実施形態のユニット１０Ａは、セル板１１Ａの金属基板４０の構造が第１実施形態と異なる。具体的には、第１実施形態の金属基板１３は全体にわたって平面であったが、第２実施形態の金属基板４０はその外周部がセパレータ板１５と同様に、筒状部４０ｂと接合部４０ｃとを備えた段差形状となっている。
【００５０】
この第２実施形態によれば、金属基板４０においても外周部の強度が高まると共に、外周部の段差形状により応力を吸収できる構造となる。これにより、さらに発電セル１２に反りや歪みなどの応力が加わり難い構造となる。結果、さらに、熱応力に対する耐久性が高まる。
【００５１】
第２実施形態の変形例
図５および図６は第２実施形態のセル板の変形例を示す図である。図５に示す第１変形例のセル板１１Ｂは、金属基板５０の平面部に周方向に等間隔に円形の開口部５１が形成され、この開口部５１に対応して該開口部５１とほぼ同形の発電セル１２Ｂが接合された例である。また、図６に示す第２変形例のセル板１１Ｃは、金属基板５０の平面部に周方向に等間隔に４つの扇形の開口部５２が形成され、この開口部５２に対応して該開口部５２とほぼ同形の発電セル１２Ｃが接合された例である。
【００５２】
この第１・第２変形例によれば、金属基板５０に載置される発電セル１２Ｂ、１２Ｃが複数に分割されているため、例えば第１実施形態に示すようにドーナツ型の１つの発電セル１２を金属基板１３上に載置してセル板１１を構成した場合に比べ、１つの発電セル１２Ｂ、１２Ｃのサイズが小さくなり、そのため、金属基板５０に歪んだとしても発電セル１２Ｂ、１２Ｃが割れ難くなる。
【００５３】
なお、本発明では、発電セルは金属基板に成膜により形成されてもよいものとする。
【００５４】
「第３実施形態」
図８は本発明の第３実施形態を示す図である。この第３実施形態の燃料電池スタック１００は、燃料ガス上流（この例では上層Ａ）のユニットが、燃料ガス中流（この例では中間層Ｂ）および燃料ガス下流（この例では下層Ｃ）のユニットより大径に形成され、熱容量が大きくなっている点で第１実施形態と異なっている。
【００５５】
通常、起動時には純度の高い燃料ガスが供給される上流Ａは、中流Ｂおよび下流Ｃよりも急速に加熱され、起動時における熱応力が最も大きい部位となる。そのため、この第３実施形態のように急速加熱されやすい上流Ａの熱容量を大きくしておくことで、起動時の熱ショックを緩和することができる。これにより第３実施形態によれば、第１実施形態の上記（１０）の効果に加えて起動時の急速加熱に対して熱応力吸収性がさらに高い構造となる。
【００５６】
なお、通常、定常運転時には純度が低くなった燃料ガスが供給される下流Ｃの方がもっとも冷えやすい構造となるため、上流Ａ、中流Ｂ、下流Ｃの温度差が大きくならないように、下層Ｃを他の層ＡおよびＢよりも小径にして熱容量を小さくしてもよい。
【００５７】
「第４実施形態」
図９はこの発明の第４実施形態を示す図である。この第４実施形態の燃料電池スタック２００は、第３実施形態と同様に起動時における熱応力吸収性能を向上すべく工夫されて構造であり、具体的には燃料ガスの上流側（この例では上層Ａ）のユニットにおいて段差形状の傾斜角Ｒ３を鋭角にした点で第１実施形態と異なっている。このように燃料ガスの上流側（上層Ａ）のユニットでは段差形状の傾斜角Ｒ３を鋭角にしたのは、段差形状の傾斜角Ｒが鋭角であると鈍角の場合よりも熱応力吸収性能が高いと考えられるからである。
【００５８】
この第４実施形態によれば、積層方向一端側Ａから貫通通路２２を通じて燃料ガスを供給する燃料電池スタック１であって、積層方向中間層Ｂのユニットでは傾斜角Ｒ１は９０°に近い鈍角であり、積層方向他端側Ｃのユニットでは傾斜角Ｒ２は前記中間層Ｂのユニットの傾斜角Ｒ１より９０°との差角が大きい鈍角であり、積層方向一端側Ａのユニットでは傾斜角Ｒ３は鋭角であることを特徴とする。これにより、第１実施形態の上記（１０）の効果に加えて、起動時の急速加熱に対して熱応力吸収性がさらに高い構造となる。
【００５９】
なお、上記第１〜第４実施形態では、段差形状の角部の曲率半径は規定されていないが、曲率半径が大きいほどこの角部自身に加わる応力が分散されるので、大きいほど好ましい。つまり曲率半径は、セル板１１およびセパレータ板１５との間の間隔Ｈの１／２以下に設定され且つ１／２Ｈに近いほど好ましい。
【００６０】
なお、本発明によれば、例えば以下のような変更をしてもよい。
【００６１】
上記実施形態では、セル板とセパレータ板とはその外周部が完全に密閉されているが、この発明においては密閉されていなくてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、ガス供給用の貫通孔Ｈ１およびガス排気用の貫通孔Ｈ２はいずれも円形であるが、無論この発明においては例えば図７に示すセパレータ板１５Ａのように貫通孔Ｈ１およびＨ２が円形以外の形状であってもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、各セルユニット１０、１０間に絶縁部材２６が介在している構造であるが、この発明にあっては例えば図１０および図１１に示すようにセルユニット１０Ｂ内に絶縁部材２６ｂが配置されていてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、セル板およびセパレータ板はほぼ円盤状であるが、この発明においてはこれに限定されるものではなく例えば多角形や楕円形などであってもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、段差形状は接合部が径方向外方に突設されることで断面クランク形状に形成されているが、この発明においては、段差形状は接合部が径方向内方に突設されることで断面コ字形状に形成されていてもよい。
【００６６】
また、これらの例に限られず本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の第１実施形態にかかるスタック構造にした燃料電池の概略構造を示す側面断面図である。
【図２】図１のスタック構造におけるユニットの集電体を省略した状態での概略構造を示す拡大断面図である。
【図３】図１のユニットの分解斜視図である。
【図４】この発明の第２実施形態にかかるユニットの集電体を省略した状態での概略構造を示す拡大断面図である。
【図５】第２実施形態のユニットに用いるセル板の第１の変形例を示す斜視図。
【図６】第２実施形態のユニットに用いるセル板の第２の変形例を示す斜視図。
【図７】セパレータ板の変形例を示す上面図。
【図８】この発明の第３実施形態にかかるスタック構造にした燃料電池の概略構造を示す側面断面図である。
【図９】この発明の第４実施形態にかかるスタック構造にした燃料電池の概略構造を示す側面断面図である。
【図１０】ユニットのその他の例を示す側面図。
【図１１】図１０のユニットの分解斜視図。
【符号の説明】
【００６８】
１、１００、２００燃料電池スタック（燃料電池）
１０、１０Ａ…ユニット（燃料電池）
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…セル板
１２、１２Ｂ、１２Ｃ…発電セル
１３、４０、５０…金属基板
１４…ガス流路
１５、１５Ａ…セパレータ板
１５ａ…平面部
１５ｂ…筒状部
１５ｃ…接合部
１７…マニホールド部（固定部）
２２…貫通通路
２３…連通路
２６…絶縁部材
２９…空間（ガス流路）
Ａ…上層（積層方向一端側）
Ｂ…中間層（積層方向中間層）
Ｃ…下層（積層方向他端側）
Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，・・）…傾斜角
【図１】
2005353421.tif 000003
【図２】
2005353421.tif 000004
【図３】
2005353421.tif 000005
【図４】
2005353421.tif 000006
【図５】
2005353421.tif 000007
【図６】
2005353421.tif 000008
【図７】
2005353421.tif 000009
【図８】
2005353421.tif 000010
【図９】
2005353421.tif 000011
【図１０】
2005353421.tif 000012
【図１１】
2005353421.tif 000013